江西地区规模肉牛场污染物产生基数研究

吴志坚，饶 辉，夏宗群，李翔宏，林春斌，宁 财，吴志勇

(江西省农业技术推广中心，江西 南昌 330046)

近年来，肉牛产业发展迅猛，规模化集约化养殖水平得到显著提高。2019年全国肉牛出栏量4533.9万头，期末存栏量6998.0万头，规模养殖占比为27.4%[1]。我国历来有家家户户养殖耕牛的传统，养牛排出的粪尿也作为农家肥全部收集利用；而随着肉牛规模化、集约化养殖水平的提高，在解决人们优质肉类供给的同时，大量而集中的肉牛粪尿难以就地利用消纳，对生态环境造成了巨大的压力。

规模肉牛场粪尿和涉水污染物产生基数是评价肉牛养殖废弃物资源化利用和对环境影响的基础数据，现有关于规模肉牛场粪尿和涉水污染物产生基数的研究报道不多。董红敏等[2]对畜禽产排污系数进行了定义，并提出了计算方法。王国利等[3]对广西地区杂交水牛的产排污系数进行了测定。付敏等[4]对四川省丘陵地区肉牛粪尿的产排系数进行了研究。还有一些奶牛场产排污系数测定的报道[5-10]。江西地区规模肉牛场饲养的肉牛大多数是西门塔尔牛和地方牛杂交的后代牛，上述研究的产排系数参考意义不大。本研究基于江西地区规模肉牛场肉牛养殖的实际情况，对肉牛粪尿和涉水污染物的产生基数进行了测定，得到符合江西实际的规模肉牛场粪尿和涉水污染物产生基数，为推算江西地区肉牛养殖废弃物产生现状，制定规模肉牛养殖场废弃物资源化利用和污染治理政策措施，提供准确的基础数据。

1 材料与方法

1.1 试验点基本情况

选择江西省高安市某规模肉牛场，该牛场的清粪方式以人工干精粪为主，粪便通过收集自然堆积发酵后，用于种植牧草、蔬菜和果树等。污水通过专用管网进入处理系统，经厌氧发酵后，用于种植牧草、蔬菜和果树等，无污水外排。

试验前对试验用15个定位栏舍进行改造，每个定位栏地面四周砌10 cm高水泥围档，地面和围档用水泥砂浆抹平成光面，地面前高后低，做好防渗，便于收集粪便、尿液。

1.2 试验牛

试验牛为西杂牛(西门塔尔和锦江黄牛杂交)，分犊牛、育肥牛和母牛3个阶段，每个阶段各选择5头牛，每个监测季节的试验开始时对每头牛分别称重，试验牛的平均体重见表1。

表1 不同季节各阶段试验牛平均体重 kg/头

1.3 监测方法

对每个不同阶段的15头牛进行监测，监测周期为2018年9月至2019年6月，分秋、冬、春、夏共4个季度，每个季度进行7 d的预试验和连续3 d的采样监测。

1.4 饲养管理

1.4.1 饲养方式 该场为大型肉牛养殖场，既有自繁自养，又有外购架子牛集中育肥，采用江西地区常见的饲养管理方式，分阶段混群舍饲。试验牛采取定位栏每头牛一间单独饲养，提前7 d将试验牛称体重后，转入试验栏舍饲养，开展预试验，第8天开始采样。

1.4.2 日粮组成 饲料来源广泛，包括精料、辅料(酒糟、豆渣等)和草料(含青贮)，用于饲喂母牛、育肥牛、犊牛的精饲料、辅料、草料的种类一样，仅配比和用量不同。草料供应季节性明显，冬、春季以黑麦草鲜草、稻草和青贮料为主，夏、秋季以象草等鲜草为主。

1.4.3 采食量 试验时记录每头牛每天的总采食量，含精料、辅料和草料，试验牛的采食量见表2。

表2 不同季节各阶段试验牛的平均采食量 kg/(头·d)

1.5 采样和现场检测

1.5.1 粪便 分别收集每头牛24 h排出的粪便，采用电子天平测量其粪便产生量，每头牛的粪便称重后，采用四分法取样，搅拌均匀后分成3份样品，单个样品重量为500 g。

其中1份样品不进行预处理，用作测定含水率，对另外2份样品按照每100 g添加4.5 mol/L硫酸10 mL进行预处理，其中1份用于检测，另1份留样，将样品编号标注预处理等信息后，用保温样品箱加冰袋保存及时送专业检测机构检测。

1.5.2 尿液 分别收集每头牛24 h排出的尿液，采用电子天平测量其尿液产生量，用电子pH检测仪测量尿液的pH值，现场记录颜色、气味等，取出500 mL尿液，按每100 mL加入4.5 mol/L硫酸2 mL和4滴甲苯进行预处理，将样品编号标注预处理等信息后，与粪样统一送检。由于尿液保存期较短，不采集留存样。

1.5.3 饲料 对精饲料、辅料(酒糟)和草料分别采样，每种饲料每次采样2份，其中1份送检，另1份留样，每份重500 g。每种饲料秋、冬季正试期各采样1次，春、夏季正试期每天采样，编号后统一送检。

1.6 检测指标与方法

(1)粪便含水率采用NY/T 52─1987标准检测。(2)粪便中全磷(TP)、全氮(TN)、有机质含量采用NY 525─2012标准检测。(3)粪便中铵态氮含量采用NY/T 1116─2014标准检测。(4)尿液化学需氧量(COD)采用HJ 828─2017标准检测。(5)尿液中氨氮含量采用HJ 535─2009标准检测。(6)尿液中全磷(TP)含量采用GB/T 11893─1989标准检测。(7)尿液中全氮(TN)含量采用HJ 636─2012标准检测。(8)饲料中水分含量采用GB/T 6435─2014标准检测。(9)饲料中粗蛋白质含量采用GB/T 6432─1994标准检测。(10)饲料中全磷(TP)含量采用GB/T 6437─2002标准检测。

1.7 统计分析和产污基数计算

1.7.1 数据分析 运用WPS软件进行数据整理，采用SPSS 19.0软件进行单因素方差分析，组间显著性差异检验采用LSD、Duncan法进行比较，数据用平均值±标准差表示，以P<0.05作为差异显著性标准。

1.7.2 产污基数计算 肉牛污染物产生系数(产污系数)是指在江西地区的饲养和管理条件下，1头肉牛1 d内所产生的粪、尿、TN、TP、铵态氮等的量。粪、尿产生量直接由试验测定统计得出，涉水污染物产生基数通过公式(1)计算得出。

FPi=QFi×CFi+QUi×CUi

(1)

其中：FPi为肉牛第i种污染物的产污系数[g/(头·d)]，QFi为肉牛粪便产生量[g/(头·d)]，CFi为肉牛粪便中含第i种污染物的浓度(mg/kg)，QUi为肉牛尿产生量[L/(头·d)]，CUi为肉牛尿液中含第i种污染物的浓度(mg/L)。

2 结果与分析

2.1 日粮组成分析

2.1.1 精饲料 从表3可知，精饲料含水率：秋季最低，与冬、春、夏季之间差异显著(P<0.05)，冬季显著(P<0.05)低于春季，冬季与夏季、春季与夏季之间差异不显著；粗蛋白含量：秋季与冬、春、夏季之间差异不显著，冬季与春季之间差异显著(P<0.05)，冬季与夏季、春季与夏季之间差异不显著；全磷含量：春季最低，显著(P<0.05)低于秋、冬、夏季，秋、冬、夏季之间差异不显著。

2.1.2 辅料(酒糟) 从表3可知，辅料(酒糟)含水率：冬季最低，显著(P<0.05)低于冬、春、夏季，秋季与春季、秋季与夏季之间差异不显著，春季与夏季之间差异显著(P<0.05)；粗蛋白含量：秋季与冬、春季之间差异不显著，显著(P<0.05)低于夏季，冬、春、夏季之间差异不显著；全磷含量：各季节之间差异不显著。

2.1.3 新鲜牧草 从表3可知，鲜草料含水率：秋季与冬季之间差异不显著，但显著(P<0.05)低于春、夏季，冬季与春季之间差异不显著，但显著(P<0.05)低于夏季，春、夏季之间差异不显著；粗蛋白含量：夏季最低，显著(P<0.05)低于秋、冬、春季，秋季与春季之间差异不显著，但均显著(P<0.05)低于冬季；全磷含量：秋季最低，显著(P<0.05)低于冬、春、夏季，冬季与春季、夏季之间差异不显著，春季与夏季之间差异显著(P<0.05)。

表3 不同季节饲料的相关指标 %

2.2 粪便的产生量及相关检测值

对供试肉牛3个阶段各5头牛正试期连续3 d采样测定，各项指标在各季度中的平均值及全年平均值见表4。

2.2.1 粪便的产生量 由表4和图1可知，不同饲养阶段的粪便产生量随季节的变化表现基本一致，育肥牛产粪量最高，母牛其次，犊牛最低；犊牛粪便产生量冬季最高，春季最低，除秋、春季之间差异不显著外，其他季节之间均差异显著(P<0.05)；育肥牛粪便产生量冬季最高，春季最低，冬季与春夏季之间差异显著(P<0.05)；母牛粪便产生量冬季最高、夏季最低，除春、夏季之间差异不显著外，其他季节之间均差异显著(P<0.05)。

图1 不同季节不同阶段粪便产生量的变化

2.2.2 粪便的含水率 由表4和图2可知，从不同饲养阶段看，育肥牛的粪便含水率最高，犊牛和母牛的粪便含水率相差不大。犊牛秋季粪便含水率最高，夏季其次，春季最低，秋、夏季分别与冬、春季之间差异显著(P<0.05)；育肥牛秋季粪便含水率最高，冬季最低，秋、春、夏季之间差异不显著，但均显著(P<0.05)高于冬季；母牛粪便含水率秋、冬、春之间差异不显著，均显著(P<0.05)高于夏季。

图2 不同季节不同阶段粪便含水率的变化

2.2.3 粪便的全氮、全磷含量 由表4和图3可知，不同饲养阶段粪便氮、磷含量随季节变化基本一致。氮含量：3个阶段均为秋季最低，且均显著(P<0.05)低于冬、春、夏季，冬、春、夏三季之间差异均不显著；磷含量：3个阶段均为秋季最高，夏季最低，除育肥牛外，犊牛和母牛的秋季磷含量均显著(P<0.05)高于冬、春、夏三季。

图3 不同季节不同阶段全氮、全磷含量的变化

2.2.4 粪便的有机质含量 由表4和图4可知，不同饲养阶段粪便的有机质含量随季节的变化表现基本一致，3个阶段均为秋季最低，春季最高。秋、夏季犊牛粪便的有机质含量之间差异不显著，但该两季与冬、春季之间均差异显著(P<0.05)，育肥牛的4个季节之间均差异显著(P<0.05)，母牛冬、春季之间差异不显著，但该两季与秋、夏季之间均差异显著(P<0.05)。

图4 不同季节不同阶段有机质含量的变化

2.2.5 粪便的铵态氮含量 由表4和图5可知，不同饲养阶段粪便铵态氮含量随季节变化无明显规律。犊牛铵态氮含量春季最高、秋季最低，且春季显著(P<0.05)高于秋、冬、夏三季；育肥牛冬季最低，与秋季差异不显著，但显著(P<0.05)低于春、夏季，春、夏季之间差异不显著；母牛春季最高，且显著(P<0.05)高于秋、冬、夏三季(三季之间差异不显著)。

表4 不同季节不同阶段的粪便产量及其各项检测指标

图5 不同季节不同阶段铵态氮含量的变化

2.3 尿液的产生量及相关检测值

肉牛3个阶段各5头牛连续3 d采样测定各项指标的4个季度平均值及全年平均值见表5。

2.3.1 尿液产生量 由表5和图6可知，不同饲养阶段尿液产生量随季节变化基本一致，尿液产生量育肥牛最高，犊牛最低；犊牛尿液产生量冬季最高、春季最低，冬季与春、夏、秋季之间差异显著(P<0.05)；育肥牛尿液产生量冬季最高、春季最低，冬季与春、秋季之间差异显著(P<0.05)；母牛尿液产生量冬季最高、春季最低，春季与夏、秋、冬季之间差异显著(P<0.05)。

图6 不同季节不同阶段尿液产生量的变化

2.3.2 尿液的pH值 由表5和图7可知，pH值范围在8.33～8.74之间，均为弱碱性，不同饲养阶段不同季节间变化规律不明显，犊牛尿液pH值夏季最低，与秋季差异不显著，但显著(P<0.05)低于冬、春两季；育肥牛尿液pH值春季最低，显著(P<0.05)低于秋、冬、夏三季；母牛尿液pH值夏季最低，显著(P<0.05)低于秋、冬、春三季。不同饲养阶段育肥牛尿液的pH值最高，犊牛的最低。

图7 不同季节不同阶段尿液pH值的变化

2.3.3 尿液的COD含量 由表5和图8可知，不同饲养阶段尿液COD含量随季节变化基本一致；犊牛尿液中COD含量春季最高、冬季最低，各季节之间差异均不显著；育肥牛尿液中COD含量春季最高、冬季最低，除冬季与夏季之间差异不显著外，其他各季节间均差异显著(P<0.05)；母牛尿液中COD含量春季最高，显著(P<0.05)高于冬、夏季，与秋季尿液中COD含量差异不显著。不同饲养阶段尿液中COD含量母牛最高，育肥牛最低。

表5 不同季节不同阶段的尿液产量及其各项检测指标

图8 不同季节不同阶段COD值的变化

2.3.4 尿液的氨氮含量 由表5和图9可知，不同饲养阶段尿液氨氮含量随季节的变化表现基本一致；犊牛尿液中氨氮含量春季最高，显著(P<0.05)高于夏、秋、冬三季；育肥牛尿液中氨氮含量秋与冬季间、春与夏季之间差异不显著，但春与夏季均分别显著(P<0.05)高于秋、冬季；母牛尿液中氨氮含量夏、秋、冬季之间差异不显著，但均显著(P<0.05)低于春季。不同饲养阶段尿液中氨氮含量母牛最高，犊牛最低。

图9 不同季节不同阶氨氮含量的变化

2.3.5 尿液的全氮含量 由表5和图10可知，不同饲养阶段尿液中全氮含量随季节的变化而表现基本一致；犊牛尿液中全氮含量春季最高，显著(P<0.05)高于夏、秋、冬季，夏、秋、冬三季之间差异不显著；育肥牛尿液中全氮含量除秋、冬季之间差异不显著外，其他各季节间均差异显著(P<0.05)；母牛尿液中全氮含量春季最高，显著(P<0.05)高于夏、秋、冬季，夏、秋、冬三季之间差异不显著。不同饲养阶段尿液中全氮含量母牛最高，犊牛最低。

图10 不同季节不同阶段全氮含量的变化

2.3.6 尿液的全磷含量 由表5和图11可知，不同饲养阶段尿液中全磷含量随季节的变化而表现基本一致；犊牛尿液中全磷含量春季最高，显著(P<0.05)高于夏、秋、冬季，其他三季之间差异不显著；育肥牛尿液中全磷含量春季最高，显著(P<0.05)高于秋、冬季，与夏季之间差异不显著，夏、秋、冬三季之间差异不显著；母牛尿液中全磷含量春季最高，且显著(P<0.05)高于夏、秋、冬季，其他三季之间差异不显著。不同饲养阶段中尿液全磷含量犊牛最高，母牛最低。

图11 不同季节不同阶段全磷含量的变化

2.4 产污基数

不同阶段不同季节产污基数详见表6。全氮含量：犊牛冬季最高，秋季最低，冬季与其他各季节之间差异显著(P<0.05)；育肥牛冬季最高，秋季最低，秋季与其他各季节之间差异显著(P<0.05)；母牛冬季最高，夏季最低，冬季与其他各季节之间差异显著(P<0.05)。全磷含量：犊牛冬季最高，夏季最低，秋、冬季分别显著(P<0.05)高于春、夏季；育肥牛冬、春、夏三季之间差异不显著，但均显著(P<0.05)高于秋季；母牛秋季最高，夏季最低，除春、夏季之间差异不显著外，其他季节之间差异显著(P<0.05)。有机质含量：犊牛冬季最高，秋季最低，除春、夏季之间差异不显著外，其他季节之间差异显著(P<0.05)；育肥牛冬季最高，秋季最低，除春、夏季之间差异不显著外，其他季节之间差异显著(P<0.05)；母牛冬季最高，且显著(P<0.05)高于秋、春、夏三季，其他三季之间差异不显著。COD含量：犊牛冬季最高，夏季最低，除春、秋两季之间差异不显著外，其他各季之间差异显著(P<0.05)；育肥牛秋季最高，且显著(P<0.05)高于冬、春、夏三季，春季与冬季之间差异不显著，但显著(P<0.05)高于夏季，冬季与夏季之间差异不显著；母牛秋、冬季之间差异不显著，但两季分别均显著(P<0.05)高于春、夏两季，春、夏两季之间差异显著(P<0.05)。铵态氮和氨氮含量：犊牛、母牛不同季节的变化情况与全氮基本一致，育肥牛夏季最高。

表6 不同阶段不同季节产污基数 g/(头·d)

3 讨论

影响肉牛产污基数的因素较多，其中采食量、饲料种类和饲料消化率对产粪量和粪便中氮、磷、有机质等含量影响较大，饲料消化率又受饲料组成、营养水平以及饲料原料品质的影响。江西地区肉牛养殖粗饲料组分含量的季节性明显，夏、秋季节青绿饲料较丰富，而冬、春季主要是稻草和青贮饲料，这可能是影响粪便产污基数季节性变化的主要原因之一。产尿量主要受饮水量和温度影响；相同生长阶段，不同体重也会对产污基数尿产生影响。此外，因不同个体间粪、尿产生量和总产污量差异较大，本试验采取每个饲养阶段随机选取5头牛进行采样，并取平均值的方法，可以减少个体差异对产污基数的影响。

冬季产污基数明显高于其他季节，其中犊牛6项指标都以冬季最高，育肥牛3项指标以冬季最高，母牛5项指标以冬季最高，主要是冬季粗饲料以稻草为主，干物质采食量相比其他季节明显增多，未吸收的有机质、全氮、全磷主要随粪便排出[7]，产粪量高且含水率低，直接增加了冬季肉牛的有机质、全氮、全磷等产污基数。

犊牛秋季产污基数较低，主要是采食量相比其他季节明显偏低所导致；母牛夏季产污基数较低，可能是由于夏季供试牛体重小于其他季节供试牛所导致；育肥牛秋、春季产污基数较低，与育肥牛秋、春季粪便产生量小且含水率较高相一致，与体重和采食量无明显相关性，需要进一步研究。

试验中3个阶段产尿量均以冬季最大，这与付敏等[4]的报道不一致。COD、氨氮均来自尿液，产污基数的大小取决于产尿量及其浓度，本试验中COD、氨氮浓度以冬季最低，产尿量与COD、氨氮浓度呈现明显的负相关；COD、氨氮产污基数犊牛和母牛以冬季最高，COD产污基数在3个阶段均以夏季最低，与产尿量无相关性，其原因需要进一步研究。

4 结论

肉牛不同饲养阶段产污基数。产粪量：犊牛4.87 kg/d、育肥牛10.99 kg/d、母牛6.01 kg/d；产尿量：犊牛4.14 L/d、育肥牛9.58 L/d、母牛4.69 L/d；全氮：犊牛50.51 g/(头·d)、育肥牛120.70 g/(头·d)、母牛70.20 g/(头·d)；全磷：犊牛21.79 g/(头·d)、育肥牛51.67 g/(头·d)、母牛28.92 g/(头·d)；有机质：犊牛741.40 g/(头·d)、育肥牛1454.53 g/(头·d)、母牛879.62 g/(头·d)；化学需氧量(COD)：犊牛72.54 g/(头·d)、育肥牛171.34 g/(头·d)、母牛80.82 g/(头·d)。育肥牛产污基数与《第一次全国污染源普查畜禽养殖业源产排污系数手册》的华东区肉牛产污系数相比[11]，产粪量低25.74%，产尿量高7.52%，全氮低21.35%，全磷高160.35%，化学需氧量(COD)低12.09%。